La fondation constitue la structure inférieure qui transfère les charges des bâtiments au sous-sol, servant de lien essentiel entre les superstructures et le sous-sol. Il supporte les forces internes générées par l'interaction des charges de superstructure et des forces de réaction du sol de fondation. À l’inverse, les forces de réaction à la base de la fondation agissent comme des charges sur le sous-sol, induisant des contraintes et des déformations. Le sous-sol fait référence à la zone limitée supportant les fondations du bâtiment. Lorsque la capacité portante du sous-sol ne parvient pas à répondre aux charges transférées des superstructures, un traitement des fondations ou des solutions de fondation sur pieux deviennent nécessaires pour satisfaire aux exigences de portance. L'efficacité du traitement du sous-sol a un impact direct sur la qualité, le coût et le calendrier du projet. Les méthodes courantes de traitement du sous-sol comprennent le lit de remplacement, le préchargement, le sous-sol compacté, le sous-sol composite et le renforcement du coulis. Cette discussion se concentre sur le sous-sol composite sur pieux CFA, une technique répandue dans les applications de sous-sol composite.

Pile de CFA les fondations composites sont largement adoptées dans les projets de construction et de traitement des fondations en raison de leur construction simple, de leur rentabilité et de leur forte adaptabilité, en particulier dans les bâtiments résidentiels à plusieurs étages, les structures publiques et les installations industrielles. Pendant la phase de conception, des ajustements et des optimisations complets sont généralement nécessaires pour les paramètres clés tels que la longueur, le diamètre et l'espacement des pieux afin de répondre à de multiples exigences, notamment la capacité portante des fondations, le contrôle de la déformation et la rentabilité. Bien que des mesures telles que l'augmentation de la longueur des pieux, l'élargissement du diamètre des pieux ou la réduction de l'espacement puissent améliorer efficacement la capacité portante, l'expérience pratique en ingénierie montre que différentes stratégies d'ajustement des paramètres ont souvent des impacts très variables sur les coûts du projet, les délais de construction et la faisabilité. Par conséquent, une analyse détaillée et un jugement fondé sur les conditions réelles sont essentiels.

Ⅰ. Longueur des poils

La principale considération pour déterminer la longueur du pieu est la capacité portante. En règle générale, la longueur des pieux doit être déterminée en intégrant les exigences de conception, la capacité portante et la capacité portante naturelle de la strate sous-jacente. En utilisant un diamètre de pieu de 400 mm et un espacement de 3 à 5 fois le diamètre du pieu, combinés à des diagrammes en colonnes géotechniques, une couche portante relativement favorable peut être identifiée. Une fois la couche portante à l’extrémité du pieu confirmée, la longueur du pieu est essentiellement finalisée.

·La longueur du pieu doit également être déterminée par le contrôle du tassement, en particulier pour les strates avec une couche supérieure dure et une couche inférieure molle ou une couche intermédiaire épaisse et molle. Puisque la couche portante est de bonne qualité, la contribution du sol entre les pieux est importante et la longueur plus courte du pieu peut répondre aux exigences de capacité portante. Cependant, comme la qualité du sol de la couche sous-jacente est mauvaise, la longueur du pieu ne doit pas être déterminée uniquement par la capacité portante, mais doit pénétrer la couche de sol meuble dans la meilleure couche de sol ou la longueur du pieu doit répondre aux exigences de contrôle.

·Lors de la détermination de la longueur des pieux, la profondeur maximale du trou de forage des engins de construction et les conditions d'exploitation doivent être prises en compte. Actuellement, les forets hélicoïdaux longs produits localement peuvent atteindre une profondeur de forage maximale de 40 m, mais la plupart sur le marché sont des modèles avec des profondeurs inférieures à 30 m. Pour les forets hélicoïdaux longs dépassant 30 m de profondeur de forage, une étude de marché est essentielle. Généralement, des équipements plus gros entraînent des coûts de construction plus élevés par mètre carré.

Ⅱ. P.diamètre de l'ile

Le choix du diamètre des pieux doit tenir compte des techniques de construction, de l’espacement, du rapport longueur/diamètre et de l’efficacité d’utilisation des matériaux. Généralement, les diamètres de pieux de 400 mm et 500 mm sont les plus économiques. Si le rapport longueur/diamètre reste trop élevé ou si l'espacement est trop dense avec des pieux de 400 mm de diamètre, il convient d'envisager une augmentation du diamètre.

III. Espacement des pieux

L'espacement entre les pieux doit être déterminé en tenant compte de la longueur, du diamètre, des exigences de capacité portante et des méthodes de disposition des pieux. Dans la plage recommandée de 3 à 5 fois le diamètre du pieu, un espacement plus grand est préférable. L'augmentation du rapport de longueur des pieux pour réduire l'espacement est plus bénéfique pour le contrôle du tassement.

Du point de vue de la construction, l'augmentation de la longueur des pieux réduit le nombre requis de pieux, diminuant ainsi la fréquence de repositionnement des équipements et améliorant l'efficacité globale. L'espacement plus large entre les pieux minimise également les effets de déplacement du sol et la probabilité de migration des trous. Lorsque les longueurs de pieux étendues permettent aux extrémités des pieux d'atteindre des couches supérieures du sol—où existent une capacité portante et un module de compression plus élevés, et où les pieux CFA peuvent mieux exercer leur résistance d'extrémité—cette approche génère des avantages techniques et économiques nettement supérieurs à la réduction de l’espacement des pieux. Dans de tels cas, la longueur maximale autorisée des pieux dans la profondeur de forage de l'équipement doit être utilisée, tout en augmentant proportionnellement l'espacement entre les pieux.

IV. Analyse de cas

Ce bâtiment commercial comprend six étages hors sol et un sous-sol, construits avec une structure à ossature. La conception propose des fondations indépendantes sous les poteaux de charpente, complétées par des fondations composites sur pieux CFA pour un traitement localisé. La valeur standard de charge verticale totale est de 6 000 kN. La couche portante de la fondation est constituée de sable fin de densité moyenne, avec une capacité portante naturelle de 160 kPa. La couche portante d'extrémité de pieu, une couche de sable grossier de 13 mètres d'épaisseur, démontre une capacité portante et un module de compression élevés, ce qui en fait un choix idéal pour le support d'extrémité de pieu.

Le diamètre du pieu CFA est fixé à 400 mm. Compte tenu de la couche d'appui favorable et relativement épaisse à l'extrémité du pieu, qui permet une plus grande flexibilité de longueur de pieu, une approche de conception combinant un espacement fixe avec un calcul inversé de la longueur du pieu a été adoptée. Deux schémas d'espacement ont été mis en œuvre : espacement 4D et 3D, avec des comparaisons technico-économiques complètes menées parallèlement à une analyse indépendante des fondations. Suivant le principe du taux de remplacement uniforme des pieux sous la fondation, l’espacement des bords des pieux a été uniformément fixé à la moitié de l’espacement des pieux. Par conséquent, les dimensions des fondations pour le projet 4d sont de 4,8 m.×4,8 m, tandis que ceux du schéma 3D sont de 3,6 m×3,6 m, comme illustré dans la figure ci-dessous.

Option 1 (figure de gauche) : espacement des pieux 4d, longueur de pieu 13,5 m

Option 2 (à droite) : espacement des pieux 3D avec une longueur de pieu de 16,0 m

Les valeurs caractéristiques de capacité portante calculées sur la base de la force verticale résultante et des dimensions du plan de fondation ne doivent pas être inférieures à 265 kPa et 460 kPa, respectivement. Sur la base des valeurs caractéristiques de capacité portante requises et de l'espacement des pieux, les valeurs caractéristiques de capacité portante d'un seul pieu ne doivent pas être inférieures à 685 kN et 835 kN, respectivement. Toutes les qualités de résistance du béton doivent répondre aux exigences C30. Les longueurs de pieux dérivées des valeurs caractéristiques de capacité portante d'un seul pieu sont respectivement de 13,5 m et 16,0 m. Les deux longueurs de pieux pénètrent dans la couche de sable grossier, avec des longueurs de pénétration de 1,65 m et 4,15 m, respectivement.

Les deux systèmes peuvent répondre aux exigences de capacité portante, mais il existe une grande différence dans l’effet technique et économique global.

D'un point de vue technique, le pieu de 16 mètres pénètre sur une plus longue distance dans la couche de sable grossier, garantissant ainsi une plus grande capacité portante. En termes de contrôle de la déformation des fondations, les pieux plus longs surpassent les pieux plus courts. Sur le plan économique, alors que la consommation totale de béton pour les pieux de 16 mètres augmente, la consommation de béton pour les fondations indépendantes est considérablement réduite. La consommation combinée de béton pour les pieux et les fondations peut être réduite de 11,3 millions³, soit une réduction de 23,7%. De plus, en raison des dimensions plus petites de la fondation et des bras de levier plus courts, le renforcement est considérablement réduit malgré une pression de base accrue. Avec la même hauteur de fondation, le nombre de barres d'acier peut être réduit de 32 barres de 22 mm (825 kg) à 21 barres de 22 mm (406,1 kg), soit une réduction de plus de 50 %.

Par conséquent, dans des conditions de charge constante au fond des colonnes, le schéma consistant à augmenter la longueur des pieux et à réduire la taille du plan de fondation présente un avantage économique évident par rapport à celui consistant à réduire la longueur des pieux et à augmenter la taille du plan de fondation.

V. Résumé

Le placement des tas pour Pile de CFA Les fondations composites sont généralement confinées à la zone de projection des fondations. Le choix de la longueur, du diamètre et de l'espacement des pieux a non seulement un impact direct sur la capacité portante globale et les caractéristiques de déformation de la fondation, mais affecte également de manière significative les coûts du projet, la durée de la construction et l'efficacité organisationnelle. Par conséquent, avant de finaliser le plan de disposition des pieux et le type de fondation, une analyse technico-économique complète multi-paramètres et multi-scénarios doit être menée. Cette analyse doit prendre en compte les conditions géologiques spécifiques, les exigences structurelles et les ressources de construction du projet pour finalement sélectionner la solution optimale qui offre les meilleurs avantages économiques, la rationalité technique et l'adéquation aux conditions de mise en œuvre du projet.